Thermal modelling of semiconductor switches in three-level Neutral Point Clamped Medium Voltage DTC-inverter

The aim of this thesis is to investigate the thermal loading of medium voltage three-level NPC inverter’s semiconductor IGCT switches in different operation points. The objective is to reach both a fairly accurate off-line simulation program and also so simple a simulation model that its implementation into an embedded system could be reasonable in practice and a real time use should become feasible. Active loading limitation of the inverter can be realized with a thermal model which is practical in a real time use. Determining of the component heating has been divided into two parts; defining of component losses and establishing the structure of a thermal network. Basics of both parts are clarified. The simulation environment is Matlab-Simulink. Two different models are constructed – a more accurate one and a simplified one. Potential simplifications are clarified with the help of the first one. Simplifications are included in the latter model and the functionalities of both models are compared. When increasing the calculation time step a decreased number of considered components and time constants of the thermal network can be used in the simplified model. Heating of a switching component is dependent on its topological position and inverter’s operation point. The output frequency of the converter defines mainly which one of the switching components is – because of its losses and heating – the performance limiting component of the converter. Comparison of results given by different thermal models demonstrates that with larger time steps, describing of fast occurring switching losses becomes difficult. Generally articles and papers dealing with this subject are written for two-level inverters. Also inverters which apply direct torque control (DTC) are investigated rarely from the heating point of view. Hence, this thesis completes the former material.

Loss Modelling of Three-Level Inverters controlled with Space Vector Modulation Technique

The objective of this master’s thesis is to investigate the loss behavior of three-level ANPC inverter and compare it with conventional NPC inverter. The both inverters are controlled with mature space vector modulation strategy. In order to provide the comparison both accurate and detailed enough NPC and ANPC simulation models should be obtained. The similar control model of SVM is utilized for both NPC and ANPC inverter models. The principles of control algorithms, the structure and description of models are clarified. The power loss calculation model is based on practical calculation approaches with certain assumptions. The comparison between NPC and ANPC topologies is presented based on results obtained for each semiconductor device, their switching and conduction losses and efficiency of the inverters. Alternative switching states of ANPC topology allow distributing losses among the switches more evenly, than in NPC inverter. Obviously, the losses of a switching device depend on its position in the topology. Losses distribution among the components in ANPC topology allows reducing the stress on certain switches, thus losses are equally distributed among the semiconductors, however the efficiency of the inverters is the same. As a new contribution to earlier studies, the obtained models of SVM control, NPC and ANPC inverters have been built. Thus, this thesis can be used in further more complicated modelling of full-power converters for modern multi-megawatt wind energy conversion systems.

Parallel-Operating Three-Phase Voltage Source Inverters – Circulating CurrentModeling, Analysis and Mitigation

The maximum realizable power throughput of power electronic converters may be limited or constrained by technical or economical considerations. One solution to this problemis to connect several power converter units in parallel. The parallel connection can be used to increase the current carrying capacity of the overall system beyond the ratings of individual power converter units. Thus, it is possible to use several lower-power converter units, produced in large quantities, as building blocks to construct high-power converters in a modular manner. High-power converters realized by using parallel connection are needed for example in multimegawatt wind power generation systems. Parallel connection of power converter units is also required in emerging applications such as photovoltaic and fuel cell power conversion. The parallel operation of power converter units is not, however, problem free. This is because parallel-operating units are subject to overcurrent stresses, which are caused by unequal load current sharing or currents that flow between the units. Commonly, the term ’circulatingcurrent’ is used to describe both the unequal load current sharing and the currents flowing between the units. Circulating currents, again, are caused by component tolerances and asynchronous operation of the parallel units. Parallel-operating units are also subject to stresses caused by unequal thermal stress distribution. Both of these problemscan, nevertheless, be handled with a proper circulating current control. To design an effective circulating current control system, we need information about circulating current dynamics. The dynamics of the circulating currents can be investigated by developing appropriate mathematical models. In this dissertation, circulating current models aredeveloped for two different types of parallel two-level three-phase inverter configurations. Themodels, which are developed for an arbitrary number of parallel units, provide a framework for analyzing circulating current generation mechanisms and developing circulating current control systems. In addition to developing circulating current models, modulation of parallel inverters is considered. It is illustrated that depending on the parallel inverter configuration and the modulation method applied, common-mode circulating currents may be excited as a consequence of the differential-mode circulating current control. To prevent the common-mode circulating currents that are caused by the modulation, a dual modulator method is introduced. The dual modulator basically consists of two independently operating modulators, the outputs of which eventually constitute the switching commands of the inverter. The two independently operating modulators are referred to as primary and secondary modulators. In its intended usage, the same voltage vector is fed to the primary modulators of each parallel unit, and the inputs of the secondary modulators are obtained from the circulating current controllers. To ensure that voltage commands obtained from the circulating current controllers are realizable, it must be guaranteed that the inverter is not driven into saturation by the primary modulator. The inverter saturation can be prevented by limiting the inputs of the primary and secondary modulators. Because of this, also a limitation algorithm is proposed. The operation of both the proposed dual modulator and the limitation algorithm is verified experimentally.

Power line communication in motor cables of variable-speed electric drives − analysis and

Data transmission between an electric motor and a frequency converter is required in variablespeed electric drives because of sensors installed at the motor. Sensor information can be used for various useful applications to improve the system reliability and its properties. Traditionally, the communication medium is implemented by an additional cabling. However, the costs of the traditional method may be an obstacle to the wider application of data transmission between a motor and a frequency converter. In any case, a power cable is always installed between a motor and a frequency converter for power supply, and hence it may be applied as a communication medium for sensor level data. This thesis considers power line communication (PLC) in inverter-fed motor power cables. The motor cable is studied as a communication channel in the frequency band of 100 kHz−30 MHz. The communication channel and noise characteristics are described. All the individual components included in a variable-speed electric drive are presented in detail. A channel model is developed, and it is verified by measurements. A theoretical channel information capacity analysis is carried out to estimate the opportunities of a communication medium. Suitable communication and forward error correction (FEC) methods are suggested. A general method to implement a broadband and Ethernet-based communication medium between a motor and a frequency converter is proposed. A coupling interface is also developed that allows to install the communication device safely to a three-phase inverter-fed motor power cable. Practical tests are carried out, and the results are analyzed. Possible applications for the proposed method are presented. A speed feedback motor control application is verified in detail by simulations and laboratory tests because of restrictions for the delay in the feedback loop caused by PLC. Other possible applications are discussed at a more general level.

Tasasähköverkon modulaarisen vaihtosuuntaajan rakenne- ja kustannusanalyysi

Diplomityössä tarkastellaan tapausta, jossa tasasähköverkon vaihtosuuntaaja toteutetaan kolmella yksivaiheisella suuntaajalla yhden kolmivaiheisen sijaan. Modulaarinen rakenne mahdollistaa sen, että osa vaiheista voitaisiin sammuttaa kun kuormitus on erittäin pientä eikä kuorma ole kolmivaiheista. Galvaaninen erotus oletetaan tehtävän erottavalla DC-DC -konvertterilla, joka mahdollistaa samalla vaihtosuuntaajan DC-syöttöjännitteen muuttamisen. Työssä tutkitaan, mitkä tekijät vaikuttavat DC-syöttöjännitteen valintaan sekä tehdään valinta kyseisen jännitteen arvolle. Valittua jännitetasoa käytetään vaihtosuuntaajan suunnittelemiseen. Vaihtosuuntaajan rakennetta tarkastellaan vaihtosuuntaussillan kytkinkomponenttien sekä lähtöjännitteen suotimen osalta. Yksivaiheiselle moduulille määritetään optimaalinen teholuokka investointi- ja käyttökustannusten kannalta. Tarkastelu pitää sisällään erilaisten transistoritekniikkojen, kytkentätaajuuksien sekä kahden suodintyypin vaikutuksen kustannustehokkuuteen.

Paperiteollisuuden prosessinostureiden elinjaksokustannuslaskenta

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, kuinka paljon paperi- ja kartonkikoneiden prosessinosturit aiheuttavat kustannuksia siirrettyä tonnia kohti. Asiaa tarkasteltiin asiakkaan näkökulmasta. Työn lisätavoitteena oli myös pohtia uutta elinjaksokustannuksiin perustuvaa nostopalvelumallia, jossa asiakas maksaa saamastaan hyödystä siirrettyjen tonnien mukaisesti. Elinjaksokustannuslaskentaa (LCC= Life Cycle Cost) hyödynnetään laskettaessa tuotteeseen kohdistuvia kokonaiskustannuksia. Työssä tutkittiin neljää eri prosessinosturia, joiden kustannukset jaettiin investointi-, käyttö-, kunnossapito- ja epäkäytettävyyskustannuksiin. Tämän kustannusten jaottelun perusteella työssä rakennettiin LCC-laskentamalli, jonka avulla nostureiden vuosittaiset kustannukset voitiin määrittää. Työssä tutkittujen neljän nosturin tapauksissa saatiin laaditulla laskentamallilla kokonaiskustannuksiksi 0,50 - 1,00 euroa ja kunnossapitokustannuksiksi 0,07 - 0,14 euroa siirrettyä tonnia kohti. Herkkyysanalyysien tuloksissa laskentakorolla oli kolmessa tapauksessa neljästä suurin vaikutus kokonaistulokseen. Kymmenen prosentinmuutos laskentakorossa vaikutti noin 6 % - 7,5 %:a lopputulokseen. Huoltotuntien määrällä taas oli tutkituista tekijöistä vähiten vaikutusta kokonaistulokseen. Nostopalvelusta luotiin kolmitasoinen. Ylimmällä tasolla asiakkaan ei enää tarvitse omistaa omaa nosturia, vaan asiakas maksaa ainoastaan siirretyistä tonneista. Tarkastelun johtopäätöksenä on, että solmimalla nostopalvelusopimuksen asiakas voi saada paremman ennustettavuuden kunnossapitokustannuksiinsa ja mahdollisuuden säästää omistuskustannuksissa.

On Effort Estimation in Software Projects

Software engineering is criticized as not being engineering or 'well-developed' science at all. Software engineers seem not to know exactly how long their projects will last, what they will cost, and will the software work properly after release. Measurements have to be taken in software projects to improve this situation. It is of limited use to only collect metrics afterwards. The values of the relevant metrics have to be predicted, too. The predictions (i.e. estimates) form the basis for proper project management. One of the most painful problems in software projects is effort estimation. It has a clear and central effect on other project attributes like cost and schedule, and to product attributes like size and quality. Effort estimation can be used for several purposes. In this thesis only the effort estimation in software projects for project management purposes is discussed. There is a short introduction to the measurement issues, and some metrics relevantin estimation context are presented. Effort estimation methods are covered quite broadly. The main new contribution in this thesis is the new estimation model that has been created. It takes use of the basic concepts of Function Point Analysis, but avoids the problems and pitfalls found in the method. It is relativelyeasy to use and learn. Effort estimation accuracy has significantly improved after taking this model into use. A major innovation related to the new estimationmodel is the identified need for hierarchical software size measurement. The author of this thesis has developed a three level solution for the estimation model. All currently used size metrics are static in nature, but this new proposed metric is dynamic. It takes use of the increased understanding of the nature of the work as specification and design work proceeds. It thus 'grows up' along with software projects. The effort estimation model development is not possible without gathering and analyzing history data. However, there are many problems with data in software engineering. A major roadblock is the amount and quality of data available. This thesis shows some useful techniques that have been successful in gathering and analyzing the data needed. An estimation process is needed to ensure that methods are used in a proper way, estimates are stored, reported and analyzed properly, and they are used for project management activities. A higher mechanism called measurement framework is also introduced shortly. The purpose of the framework is to define and maintain a measurement or estimationprocess. Without a proper framework, the estimation capability of an organization declines. It requires effort even to maintain an achieved level of estimationaccuracy. Estimation results in several successive releases are analyzed. It isclearly seen that the new estimation model works and the estimation improvementactions have been successful. The calibration of the hierarchical model is a critical activity. An example is shown to shed more light on the calibration and the model itself. There are also remarks about the sensitivity of the model. Finally, an example of usage is shown.

Vaihtosuuntauksen ja suodatuksen toteuttaminen tasasähkönjakeluverkossa

Pienjännitejakeluverkko Suomessa on toteutettu 400 V:n kolmivaiheisella vaihtosähköllä. Pienestä jännitteestä johtuen 20/0.4 kV:n muuntajat täytyy sijoittaa lähelle kuluttajaa, jotta siirtohäviöt eivät nouse liian suuriksi. Suuremman vaihto- tai tasajännitteen käyttö pienjännitejakelussa kasvattaisi verkon tehonsiirtokapasiteettia ja mahdollistaisi pidempien siirtomatkojen käytön. Käynnissä olevassa tutkimushankkeessa käsitellään vaihtoehtoa, jossa tasajännitettä käytettäisiin 20 kV:n verkon ja kuluttajan välisessä tehonsiirrossa ja kuluttajalla sijaitseva vaihtosuuntaaja muodostaisi tasasähköstä standardien mukaista yksi- tai kolmivaiheista vaihtosähköä. Tässä diplomityössä käsitellään tehoelektroniikan soveltamista kuluttajalle sijoitetussa vaihtosuuntaajassa. Työssä tarkastellaan yksivaiheisia invertteritopologioita, niiden ohjausta ja soveltamista erilaisissa vaihtosuuntaajaratkaisuissa sekä LC- ja LCL-suotimien soveltuvuutta invertterin lähtöjännitteen suodatukseen. Lisäksi esitellään erilaisia rakenneratkaisuja vaihtosuuntauksen toteutukseen ja tarkastellaan näiden järjestelmien vikatilanteita ja sähköturvallisuutta. Lopuksi käsitellään koko järjestelmän häviöitä ja hyötysuhdetta eri suodinkomponenteilla sekä kytkentätaajuuksilla ja esitellään laboratorioprototyyppi. Työssä saatiin selville, että puolisiltainvertteri ei sovellu suurten kondensaattorien vuoksi syöttämään verkkotaajuista kuormaa, vaan joudutaan käyttämään kokosiltainvertteriä. Kokosiltainvertterin ja LC- tai LCL-suotimen käsittävää kokonaisuutta tarkasteltaessa havaittiin, että pienimmät häviöt saavutetaan LC-suotimella 5 %:n ja LCL-suotimella 1 %:n särövaatimuksella. Hyötysuhdekäyrää tarkasteltaessa saatiin sama tulos läpi koko invertterin tehoalueen. Suotimen häviöiden tarkka laskenta on kuitenkin erittäin haasteellista, joten tulokset ovat suuntaa-antavia.

Product Definition Process for Mobile Radio System Product

Työn tarkoituksena oli tutkia tuotteen määrittelyyn liittyvää kirjallisuutta ja perehtyä tuotteen määrittelytyön nykytilaan kohdeyrityksessä. Näihin molempiin perustuen muodostetaan prosessimalli tuotteen määrittelytyölle kohdeyrityksessä. Työssä käsitellään prosessijohtamisen pääperiaatteet sekä tuotteen määrittelyä koskevaa kirjallisuutta ja tutkimuksia. Koska kysessä oleva tuote on suurelta osalta ohjelmistotuote, ohjelmistojen suunnittelua, erityisesti ohjelmistovaatimusten hallintaa ja ohjelmistojen määrittelyä, on myös tarkasteltu työssä. Tuotteen määrittelyn haasteita on käsitelty yksityiskohtaisemmin, esimerkiksi dokumentointia, prosessin kulkua, vaatimusten epävakaisuutta sekä muutoksia. Kohdeyritys ja sen ongelmakohdat esitellään ja luodaan prosessimalli. Tämä malli esittelee seuraavat prosessit: raakavaatimusten hallinta -prosessin, roadmapping -prosessin, esisuunnittelu- ja spesifikaatioprosessin ja julkaisun suunnittelu -prosessin. Kaikki nämä ovat vaiheita ennen varsinaisen tuotekehitysprojektin aloittamista. Työssä esitellään myös kolmetasoinen dokumentaatiomalli.

1000 V sähkönjakelujärjestelmän teknistaloudellisen kannattavuuden tarkastelu

Tässä työssä tutkitaan 1000 V pienjännitejakelun taloudellista kannattavuutta. Tutkimus perustuu teoreettiseen tarkasteluun, jossa noudatetaan yleisiä verkostosuunnittelun periaatteita. EU-lainsäädäntö mahdollistaa 1000 V pienjänniteportaan sijoittamisen nykyisen keskijänniteverkon ja pienjänniteverkon väliin lisäten kolmannen jakelujänniteportaan nykyään käytettävien 20 kV ja 0,4 kV väliin. Jakeluverkkojen kehittämiseksi on etsittävä ratkaisu, joka on taloudellinen sekä asiakkaiden että verkonhaltijoiden kannalta. Tällaiset ratkaisut pienentävät verkon käytön kokonaiskustannuksia ja parantavat sähkön laatua. Lisättäessä jakeluverkkoon kolmas jänniteporras, keskijänniteverkon johtopituus lyhenee ja varsinkin lyhyiden haarajohtojen määrä vähenee. Tämä vähentää keskijänniteverkossa esiintyvien keskeytysten määrää ja pienentää keskeytyskustannuksia. Kilovoltin järjestelmä on kannattava korvattaessa sillä osa keskijänniteverkkoa, tai estettäessä perinteisellä järjestelmällä tarvittava muuntopiirin jakaminen. Osana varsinaista pienjänniteverkkoa ei kilovoltinjärjestelmä ole kannattava. Tässä työssä kolmijänniteportaista jakeluverkkoa tutkitaan teoreettisilla verkkosuunnitelmilla, joita tehdään muutamille perusverkkotopologioille. Taloudellista kannattavuutta tutkitaan vertaamalla perinteistä kaksijänniteportaista ja kolmijänniteportaista verkkoratkaisua kustannusten suhteen teknisten reunaehtojen puitteissa. 1000 V pienjännitejakelu vaatii uudenlaisia verkostokomponentteja. Näistä on erityisesti käsitelty 1/0,4 kV pienjännitemuuntajaa. Muuntajasuunnittelun lähtökohtana on 1000 V verkon käyttäminen keskijänniteverkon jatkeena maasta erotettuna verkkona.

Nutrient enrichment and water depth modify consumer control in rocky shore macroalgal communities

The objective of my thesis is to assess mechanisms of ecological community control in macroalgal communities in the Baltic Sea. In the top-down model, predatory fish feed on invertebrate mesograzers, releasing algae partly from grazing pressure. Such a reciprocal relationship is called trophic cascade. In the bottom-up model, nutrients increase biomass in the food chain. The nutrients are first assimilated by algae and, via food chain, increase also abundance of grazers and predators. Previous studies on oceanic shores have described these two regulative mechanisms in the grazer - alga link, but how they interact in the trophic cascades from fish to algae is still inadequately known. Because the top-down and bottom-up mechanisms are predicted to depend on environmental disturbances, such as wave stress and light, I have studied these models at two distinct water depths. There are five factorial field experiments behind the thesis, which were all conducted in the Finnish Archipelago Sea. In all the experiments, I studied macroalgal colonization - either density, filament length or biomass - on submerged colonization substrates. By excluding predatory fish and mesograzers from the algal communities, the studies compared the strength of the top-down control to natural algal communities. A part of the experimental units were, in addition, exposed to enriched nitrogen and phosphorus concentrations, which enabled testing of bottom-up control. These two models of community control were further investigated in shallow (<1 m) and deep (ca. 3 m) water. Moreover, the control mechanisms were also expected to depend on grazer species. Therefore different grazer species were enclosed into experimental units and their impacts on macroalgal communities were followed specifically. The community control in the Baltic rocky shores was found to follow theoretical predictions, which have not been confirmed by field studies before. Predatory fish limited grazing impact, which was seen as denser algal communities and longer algal filaments. Nutrient enrichment increased density and filament length of annual algae and, thus, changed the species composition of the algal community. The perennial alga Fucus vesiculosusA and the red alga Ceramium tenuicorne suffered from the increased nutrient availabilities. The enriched nutrient conditions led to denser grazer fauna, thereby causing strong top-down control over both the annual and perennial macroalgae. The strength of the top-down control seemed to depend on the density and diversity of grazers and predators as well as on the species composition of macroalgal assemblages. The nutrient enrichment led to, however, weaker limiting impact of predatory fish on grazer fauna, because fish stocks did not respond as quickly to enhanced resources in the environment as the invertebrate fauna. According to environmental stress model, environmental disturbances weaken the top-down control. For example, on a wave-exposed shore, wave stress causes more stress to animals close to the surface than deeper on the shore. Mesograzers were efficient consumers at both the depths, while predation by fish was weaker in shallow water. Thus, the results supported the environmental stress model, which predicts that environmental disturbance affects stronger the higher a species is in the food chain. This thesis assessed the mechanisms of community control in three-level food chains and did not take into account higher predators. Such predators in the Baltic Sea are, for example, cormorant, seals, white-tailed sea eagle, cod and salmon. All these predatory species were recently or are currently under intensive fishing, hunting and persecution, and their stocks have only recently increased in the region. Therefore, it is possible that future densities of top predators may yet alter the strengths of the controlling mechanisms in the Baltic littoral zone.

Invertteripääteasteen suunnittelu

Invertteritekniikalla voidaan toteuttaa nykyaikainen, monipuolinen ja tehokas pääteaste moneen eri käyttötarkoitukseen. Tässä työssä suunnitellaan invertteripääteaste mittalaite- ja virtalähdesovelluksiin. Suunnittelussa otetaan huomioon muunneltavuus, valmistuskustannukset ja mitat. Näiden kriteerien lisäksi pääteaste suunnitellaan niin, että se täyttää mittalaite- ja virtalähdesovelluksien vaatimat standardit. Pääteasteen teho rajoittuu 500 VA:iin, mutta vaatimukset lähtöjännitteen erimuotoisuudelle aiheuttavat suunnittelulle omat vaikeutensa. Työssä täytyy tutkia, minkälainen tuloaste, invertteri, suodin ja lähtöaste sopivat parhaiten pääteasteen toteutukseen. Sopivien topologioiden löydyttyä pääteaste simuloidaan tietokoneella, jonka jälkeen voidaan suunnitella prototyyppi käytännön testauksia varten. Suunnittelussa päädyttiin seuraaviin topologioihin: Tuloasteeksi valittiin PFC-piiri, joka on nykyaikana pakollinen invertterikäytössä, koska verkkoon palaavat harmoniset yliaaltokomponentit täytyy suodattaa. Invertteritopologiaksi valittiin kokosiltainvertteri, jolla saadaan parhaiten muutettua lähtöjännitteen taajuutta ja amplitudia. Suodintopologiaksi valittiin LC-suodin, jolla saadaan tehokkaasti suodatettua invertterin aiheuttamat harmoniset yliaallot. Lähtöön sijoitetaan muuntaja, jonka muuntosuhdetta muuntamalla saadaan lähtöjännite halutuksi eri käyttötarkoituksia varten.

Methods for assessing the sustainability of integrated municipal waste management and

The general striving to bring down the number of municipal landfills and to increase the reuse and recycling of waste-derived materials across the EU supports the debates concerning the feasibility and rationality of waste management systems. Substantial decrease in the volume and mass of landfill-disposed waste flows can be achieved by directing suitable waste fractions to energy recovery. Global fossil energy supplies are becoming more and more valuable and expensive energy sources for the mankind, and efforts to save fossil fuels have been made. Waste-derived fuels offer one potential partial solution to two different problems. First, waste that cannot be feasibly re-used or recycled is utilized in the energy conversion process according to EU’s Waste Hierarchy. Second, fossil fuels can be saved for other purposes than energy, mainly as transport fuels. This thesis presents the principles of assessing the most sustainable system solution for an integrated municipal waste management and energy system. The assessment process includes: · formation of a SISMan (Simple Integrated System Management) model of an integrated system including mass, energy and financial flows, and · formation of a MEFLO (Mass, Energy, Financial, Legislational, Other decisionsupport data) decision matrix according to the selected decision criteria, including essential and optional decision criteria. The methods are described and theoretical examples of the utilization of the methods are presented in the thesis. The assessment process involves the selection of different system alternatives (process alternatives for treatment of different waste fractions) and comparison between the alternatives. The first of the two novelty values of the utilization of the presented methods is the perspective selected for the formation of the SISMan model. Normally waste management and energy systems are operated separately according to the targets and principles set for each system. In the thesis the waste management and energy supply systems are considered as one larger integrated system with one primary target of serving the customers, i.e. citizens, as efficiently as possible in the spirit of sustainable development, including the following requirements: · reasonable overall costs, including waste management costs and energy costs; · minimum environmental burdens caused by the integrated waste management and energy system, taking into account the requirement above; and · social acceptance of the selected waste treatment and energy production methods. The integrated waste management and energy system is described by forming a SISMan model including three different flows of the system: energy, mass and financial flows. By defining the three types of flows for an integrated system, the selected factor results needed in the decision-making process of the selection of waste management treatment processes for different waste fractions can be calculated. The model and its results form a transparent description of the integrated system under discussion. The MEFLO decision matrix has been formed from the results of the SISMan model, combined with additional data, including e.g. environmental restrictions and regional aspects. System alternatives which do not meet the requirements set by legislation can be deleted from the comparisons before any closer numerical considerations. The second novelty value of this thesis is the three-level ranking method for combining the factor results of the MEFLO decision matrix. As a result of the MEFLO decision matrix, a transparent ranking of different system alternatives, including selection of treatment processes for different waste fractions, is achieved. SISMan and MEFLO are methods meant to be utilized in municipal decision-making processes concerning waste management and energy supply as simple, transparent and easyto- understand tools. The methods can be utilized in the assessment of existing systems, and particularly in the planning processes of future regional integrated systems. The principles of SISMan and MEFLO can be utilized also in other environments, where synergies of integrating two (or more) systems can be obtained. The SISMan flow model and the MEFLO decision matrix can be formed with or without any applicable commercial or free-of-charge tool/software. SISMan and MEFLO are not bound to any libraries or data-bases including process information, such as different emission data libraries utilized in life cycle assessments.

Tuotannonsuunnittelu- ja -ohjausprosessin kehittäminen konepajayrityksessä

Tehdyssä kirjallisuus- ja teoriakatsauksessa vuosien 2006 - 2010 välisenä aikana, Keski-Suomessa toimivan konepajateollisuuden järjestelmätoimittajayrityksen toimeksiannosta, pyrittiin muodostamaan kokonaiskuva laajasta tuotannonsuunnittelun ja -ohjauksen aihealueesta. Perustutkimuskysymykset liittyivät ns. MPC-systeemiin, jolla tarkoitetaan sitä, että tuotannonsuunnittelu- ja ohjauskysymyksissä on huomioitava aina henkilöiden, organisaation, teknologioiden ja prosessien muodostama kokonaisuus. Operatiivisen johtamisen tehtävänä on yrityksen tuotteita koskevan kysynnän ja tarjonnan tasapainottaminen niin, että resursseja käytettäisiin ja tarvittaisiin mahdollisimman vähän vastattaessa kysyntään asiakasvaatimukset huomioiden. Tuotantostrategian pohjalta on voitava rakentaa MPC-systeemi, jonka avulla ja jota kehittäen tuotanto saavuttaisi sille asetetut suorituskykytavoitteet mm. kustannusten, laadun, nopeuden, luotettavuuden sekä tuottavuuskehityksen osalta. Työssä tarkasteltiin yleisen kolmitasoisen viitekehyksen kautta ”perinteisistä MPC-systeemien perusratkaisuista” hierarkkisia, suunnittelu- ja laskentaintensiiviä, MRP-pohjaisia sekä yksinkertaistamiseen ja nopeuteen perustuvia JIT/Lean -menetelmiä. Tämä viitekehys käsittää: 1) kysynnän- ja resurssien hallinnan, 2) yksityiskohtaisemman kapasiteetin ja materiaalien hallinnan sekä 3) tarkemman tuotannon ja hankintojen ohjauksen sekä tuotannon lattiatason osa-alueet. Johtamisen ja MPC-systeemien kehittämisen ”uusina aaltoina ja näkökulmina” raportissa käsiteltiin myös johtamisen eri koulukuntia sekä em. viitekehyksen pohjalta tarvittavia tietojärjestelmiä. Olennaisimpana johtopäätöksenä todettiin, että MRP-pohjaisten ratkaisujen lisäksi, etenkin monimutkaisia tuotteita tilausohjautuvasti valmistavien kappaletavarateollisuuden yritysten, on mahdollisesti hyödynnettävä myös kehittyneempiä suunnittelu- ja ohjausjärjestelmiä. Lisäksi huomattiin, että ”perinteisten strategioiden” rinnalle yritysten on nostettava myös tieto- ja viestintäteknologiastrategiat. On tärkeää ymmärtää, että täydellistä MPC-systeemiä ei ole vielä keksitty: jokaisen yrityksen tehtäväksi ja vastuulle jää ”oman totuutensa” muodostaminen ja systeeminsä rakentaminen sen pohjalta.

Improving the performance of a dismounted Future Force Warrior by means of C4I2SR

This thesis comprises seven peer-reviewed articles and examines systems and applications suitable for increasing Future Force Warrior performance, minimizing collateral damage, improving situational awareness and Common Operational Picture. Based on a literature study, missing functionalities of Future Force Warrior were identified and new ideas, concepts and solutions were created as part of early stages of Systems of Systems creation. These introduced ideas have not yet been implemented or tested in combat and for this reason benefit analyses are excluded. The main results of this thesis include the following: A new networking concept, Wireless Polling Sensor Network, which is a swarm of a few Unmanned Aerial Vehicles forming an ad-hoc network and polling a large number of fixed sensor nodes. The system is more robust in a military environment than traditional Wireless Sensor Networks. A Business Process approach to Service Oriented Architecture in a tactical setting is a concept for scheduling and sharing limited resources. New components to military Service Oriented Architecture have been introduced in the thesis. Other results of the thesis include an investigation of the use of Free Space Optics in tactical communications, a proposal for tracking neutral forces, a system for upgrading simple collaboration tools for command, control and collaboration purposes, a three-level hierarchy of Future Force Warrior, and methods for reducing incidents of fratricide.